[發明專利]一種露天礦邊坡爆破過程穩定性的分析方法

有效

• 申請號: 201310723939.6
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103745040A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 周玉祥;李瑩瑩;崔鐵軍;宋子嶺;周玉民;趙曉亮;周揚;羅根華
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 鄭虹

1.一種露天礦邊坡爆破過程穩定性的分析方法，以顆粒流理論的PFC3D作為模擬平臺，其特征在于按照以下步驟進行：

（1）邊坡模型的構建：將邊坡(砂巖、砂質泥巖、砂巖)顆粒(ball)半徑設為0.8~1.2m的正太分布，煤層顆粒(ball)半徑設為0.5~1m的正太分布；模型的下邊界定為煤層與泥巖的交界面；

（2）爆炸參數設定：由于PFC3D中顆粒生成的隨機性，爆破點的位置只能選擇距預定位置最近的一個球，作為炸藥位置；爆點A1、A2、A3在下層砂巖內，B1、B2、B3在砂質泥巖內，C1、C2、C3在上層砂巖內，他們分別距所在層下構造面10m；A1、B1、C1距邊坡自由面5m，A2、B2、C2距邊坡自由面10m，A3、B3、C3距邊坡自由面20m；上述9個爆點都作三次爆破模擬，三次的裝藥量分別是1kg、10kg、100kgTNT；

（3）爆破模型構建：根據爆破區域劃分：爆破壓碎區、破裂區、振動區；壓碎區半徑R₁一般為3-7R，而破裂區半徑R₂一般為8-150R，其中R為炮孔半徑；

從兩個方面對PFC3D構造的邊坡模型中顆粒進行爆破初始瞬間狀態的設置，一是考慮炸藥的能量轉化為顆粒動能設置；二是考慮爆炸瞬間釋放的氣體等沖擊波對巖體造成的碎裂和劣化作用；

爆炸過程可以分為三個階段，1340步前，主要是爆炸沖擊起主導作用，有速度矢量的回蕩現象；1340步至14090步是重力占優勢的上覆巖層塌落過程；最后顆粒下滑局部調整過程，最后平衡；

（4）對上述爆破進行邊坡穩定性分析，結果顯示上述各種爆破后上層砂巖是穩定的，即坡頂是穩定的，下層砂巖和砂質泥巖會受到一定程度的破壞，但是沒有發生大面積的滑坡，是可控范圍內的。

2.根據權利要求1所述的一種露天礦邊坡爆破過程穩定性的分析方法，其特征在于步驟（3）中的的顆粒動能設置，設壓縮區、破裂區、振動區能量分配為10%、80%、10%，區域動能分配模型如下：

?；（1）

式中，J為爆炸總能量，/J；m_i表示顆粒i的質量，kg/m³；v_i表示顆粒i的速度，m/s；J_k表示三個區域分配的能量，k=1,2,3?/J，分別表示壓縮區、破裂區、振動區；表示三個區域分配能量的系數，分別為10%、80%、10%。

3.根據權利要求1所述的一種露天礦邊坡爆破過程穩定性的分析方法，其特征在于步驟（3）中動能的分配主要集中在破裂區，在PFC3D中對顆粒施加速度是方便的，通過炸藥的化學能轉化為動能，根據動能公式，將每個顆粒得到的動能轉化為顆粒的爆炸初始瞬間速度，即可以實現對爆炸的模擬，顆粒的動能分配模型如下：

??????????；（2）

J_j表示某區域其中一個顆粒O_j分配的能量?/J；表示O_j分配能量的系數；表示O_j對爆炸點的圓心角?/°。

4.根據權利要求1所述的一種露天礦邊坡爆破過程穩定性的分析方法，其特征在于步驟（3）中爆炸初始瞬間速度，對顆粒速度的確定模型如下：

??；?（3）

表示O_j的半徑/m；表示爆炸點坐標；表示O_j的坐標；分別表示在x和y方向上的分量，m/s。